Основные экологические проблемы современности

Хозяйственная деятельность человека.Человечество явля­ется частью биосферы, продуктом ее эволюции. Однако взаимо­отношения человека и природных сообществ никогда не были бе­зоблачными. С момента изготовления первого примитивного ору­дия человек уже не довольствует предметами, созданными природой, а начинает изготовлять, вводить в свой обиход предме­ты, вещества и т. д., которые находятся за пределами естествен­ного биологического круговорота. Возникновение цивилизации есть следствие возникновения сферы надбиологических потреб­ностей и материальных технологий. Охотничья деятельность древ­него человека, несомненно, ускорила вымирание многих крупных травоядных животных. В охотничьих целях поджигание раститель­ности способствовало опустыниванию территорий. Вместе с тем воздействие племен охотников и собирателей на сообщества обыч­но не было значительным. Человек начал менять и разрушать це­лые сообщества с переходом к скотоводству и земледелию. При росте человеческой популяции численность домашних копытных превышает емкость среды, потребляемая ими степная раститель­ность уже не успевает возобновляться. Степь или саванна сменя­ются полупустыней. Из-за такого воздействия скотоводства про­изошло увеличение площади Сахары и соседней полупустынной зоны — Сахеля.

В ходе развития земледелия неправильная распашка приво­дила к потере плодородного слоя, который уносился водой или ветром, а избыточное орошение вызывало засоление почв. Следует отметить, что биологически человек на предысторической фазе развития отличался от всех других одинаковых по размеру млекопитающих исключительной подвижностью, проходя в сутки обычно вдвое большее расстояние, чем они. Люди жили в условиях энергетической недостаточности, отсю­да вынуждены были охранять огромную кормовую территорию, в которой периодически или постоянно кочевали. И несмотря на это они долгое время находились в рамках весьма скромного энергетического лимита.

Переход к пастбищно-кочевому скотоводству и подсечно-огневому земледелию привел к удвоению затрат и при замене соби­рательства кочевым скотоводством малой экономией площадей. Подсечно-огневое земледелие территориально эффективней на 2—3 порядка. Это позволило снизить подвижность человека и в свою очередь создало предпосылки для формирования общества со свойственным ему разделением функций, культурной специа­лизацией. И в то же время подсечно-огневое земледелие, при ко­тором участок леса выжигают, снимают несколько урожаев и заб­расывают, нередко приводило к замене лесов степями, саванна­ми. Таким образом, уже в древности человек вызывал массовые вымирания, нарушение сукцессионных рядов, замены одного со­общества другим. Человечество, являясь неотъемлемой частью природы, принадлежащей ей и находящейся внутри нее, благода­ря развитию общества биологический вид Homo sapiens был вы­веден из-под действия естественного отбора, межвидовой кон­куренции, ограничения роста численности, расширило возможно­сти приспособительного поведения и расселения людей. Развитие технологий и достижение индустриализации цивилизации создало стойкий миф о господстве человека над силами природы.

За последние сто лет произошли два важных сдвига. Во-первых, резко увеличилась численность населения Земли. Во-вторых, еще более резко выросло промышленное производство, производство энергии и продуктов сельского хозяйства. В результате, потоки ве­щества и энергии, вызываемые деятельностью человека, стали со­ставлять заметную долю от общей величины биогенного кругово­рота. Человечество стало оказывать заметное воздействие на функ­ционирование всей биосферы. Критическую ситуацию в конце XX столетия образуют следующие негативные тенденции:

1. Потребление ресурсов Земли настолько превысило темпы их естественного воспроизводства, что истощение природных богатств стало оказывать заметное влияние на их использование, на нацио­нальную и мировую экономику и привело к необратимому обедне­нию литосферы и биосферы.

2. Отходы, побочные продукты производства и быта загряз­няют биосферу, вызывают деформации экологических систем, нарушают глобальный круговорот веществ и создают угрозу для здоровья человека.

Если не будут приняты срочные меры, в ближайшее десятиле­тия можно ожидать нарушения и гибели многих сообществ, ухуд­шения среды обитания в целом.

Рост народонаселения. Отклонением от закономерностей рав­новесия в живой природе стал ускоряющийся рост народонаселения Земли. Число особей какого-либо вида, по билогическим законам, зависит от потенциала размножения, продолжительности жизни, ши­роты приспособительных возможностей и регулируется естественным отбором — совокупностью экологических факторов. Как правило, мелкие животные более многочисленны, чем крупные. Для многих видов существуют в определенной мере нормативные границы коле­баний их наиболее вероятной численности в природе. Отсюда счита­ется, число особей одного вида африканских четвертичных гоминид —предков человека—при благоприятных условиях, по всей вероят­ности, не превышало 500000 или было намного меньше. Сегодня труд­но найти ответ, когда произошло превышение этой «нормы». Перво­бытный человек сам расширил свои приспособительные возможнос­ти и тем самым ослабил пресс естественного отбора. Приблизительно до начала XVIII века человечество увеличивалось медленно, со сред­ней скоростью около одного процента за столетие, что соответствует удвоению численности за тысячу лет. В дальнейшем скорость прирос­та начинает увеличиваться и к середине XX столетия приобретает гипе­рэкспоненциальный характер. В1969 году население мира увеличивалось на 2% в год, прирост составил около 70 млн. человек, или 150 человек в минуту. В 1989 году прирост в 1,8 % от численности возросшего насе­ления дал уже 90 млн. человек (179 человек в минуту) или больше, чем когда-либо за всю предыдущую историю человечества. В конце XX 482века каждое десятилетие добавляет к общей численности еще 1 млрд. человек. В конце 1992 г. население Земли составляло 5,6 млрд. чело­век, а к 2000 году достигнет 6,1 млрд. человек. Этот стремительный рост называют демографическим взрывом.

Тенденция увеличения населения Земли, по всей видимости, бу­дет сохраняться и в первой половине XXI столетия. Т. А. Акимова, В.В. Хаскин (1994) приводят данные о том, что по разным оцен­кам, к 2025 году на Земле будет от 7,6 до 9,4 млрд. человек. Основная доля прироста населения приходится и будет приходиться в будущем на развивающиеся страны. Рост народонаселения требует увеличения производства продуктов питания, создания новых рабочих мест и расширения промышленного производства. Так, в конце XX в. ежедневно требуется всем людям Земли около 2 млн. т пищи, 10 млн.м³ питьевой воды, 2 млрд. м³ кислорода для дыхания. Всего хозяйства ежедневно до­бывается почти 300 млн. тонн веществ и материалов, сжигается около 30 млн. т топлива, используется 2 млрд. м³ воды и 65 млрд. м³ кислоро­да. Так как все это сопровождается расходованием природных ресур­сов и массированным загрязнением среды, то главной причиной проти­воречий оказывается именно количественная экспансия человеческо­го общества — высший уровень и быстрое нарастание совокупной антропогенной нагрузки на природу, усиление его разрушающего воз­действия. Все это имеет очень серьезные не только экологические, но и социально-биологические и экономические последствия.

Изменение состава атмосферы и климата. Наиболее раз­рушительно из воздействий деятельности человека на сообщества — выделение загрязнителей. Напомним, что загрязнителем явля­ется любое вещество, попадающее в атмосферу, почву или при­родные воды и нарушающее идущие там биологические, иногда и физические или химические процессы. К загрязнителям неред­ко относят радиоактивное излучение и тепло. Загрязнение сре­ды — одна из самых острых проблем. Вследствие деятельнос­ти человека, в атмосферу поступают углекислый газ С0₂ и угар­ный газ СО, диоксид серы S0₂, метан СН₄, оксиды азота NO_rNO, N₂0. Основные источники их поступления — это сжигание ископаемого топлива, выжигание лесов и выбросы промышлен­ных предприятий. При использовании аэрозолей в атмосферу поступают хлорфторуглероды, в результате работы транспорта — углеводороды (бензапирен и др.).

За счет газов антропогенного происхождения образуются кис­лотные осадки и смог. Кислотные осадки — серная и азотная кисло­ты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота, и выпадающие на поверхность Земли вместе с дождем, туманом, снегом или пылью. Попадая в озера, кислотные осадки нередко вы­зывают гибель рыб или всего животного населения. Они также мо­гут вызывать повреждения листвы, а часто гибель растений, уско­рять коррозию металлов и разрушение здания. Кислотные дожди большей частью наблюдаются в районах с развитой промышленно­стью. Хотя капельки воды и быстро удаляются из атмосферы, они все же распространяются на сотни километров от производящих выбросы теплостанций, промышленных предприятий и т. д.

В результате сложных химических реакций смеси газов (глав­ным образом окислов азота и углеводородов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей), протекающих в нижних слоях ат­мосферы под действием солнечного света, образуются различ­ные вещества, снижающие видимость, которые получили назва­ние смога. Смог крайне вреден для живых организмов. Одним из вредных компонентов смога является и озон (0₃). В крупных городах при образовании смога его естественная концентрация (1-10⁸) повышается в 10 и более раз. Озон здесь начинает оказы­вать вредное воздействие на легкие и слизистые оболочки чело­века и на растительность.

С антропогенными изменениями атмосферы связано и раз­рушение озонового слоя, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. Особенно быстро процесс раз­рушения озонового слоя происходит над полюсами планеты, где появились так называемые озоновые дыры. В 1987 году зарегис­трирована расширяющаяся год от года (темпы расширения — 4% в год — озоновая дыра над Антарктикой (выходящая за кон­туры материка) и менее значительное аналогичное образование в Арктике.

Опасность истощения озонового слоя заключается в том, что может снизиться поглощение губительного для живых организ­мов ультрафиолетового излучения. Ученые считают, что основ­ной причиной истощения озонового слоя (экрана) является при­менение людьми хлорфторуглеродов (фреонов), которые широ­ко используются в быту и производстве в виде аэрозолей, дореагентов, пенообразователей, растворителей и т. д. В 1990году мировое производство озоноразрушающих веществ со­ставляло более 1300 тыс. тонн. Хлорфторуглероды (CFC1₃ и CF₂C1₂), попадая в атмосферу, разлагаются в стратосфере с вы­делением атомов хлора, которые катализируют превращение озона в кислород. В нижних слоях атмосферы фреоны могут сохраняться в течение десятилетий. Отсюда они поступают в стратосферу, где в настоящее время их содержание ежегодно увеличивается на 5 процентов. Предполагается, что одной из причин истощения озонового слоя может быть и сведение ле­сов как продуцентов кислорода на Земле.

Быстрыми темпами растет в атмосфере содержание углекис­лого газа и метана. Эти газы обусловливают «парниковый эф­фект».

Они пропускают солнечный свет, но частично задерживают тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли. За пос­ледние 100 лет концентрация в атмосфере углекислого газа вы­росла на 25%, а метана — на 100%. Это сопровождалось глобаль­ным повышением температуры. Так, за 80-е гг. средняя темпера­тура воздуха в северном полушарии повысилась по сравнению с концом XIX столетия на 0,5-0,6°С. На Земле, по прогнозам, сред­няя температура к 2000 году повысится на 1,2°С, а в ближайшие 50 лет — на 2-5°С по сравнению с доиндустриальной эпохой. По­тепление может привести к интенсивному таянию ледников и повышению на 0,5-1,5 м уровня Мирового океана, при этом ока­жутся затопленными многие густонаселенные прибрежные рай­оны. Однако при общем увеличении количества осадков в цент­ральных районах материков климат может стать более засушли­вым. Например, в 80-90-х годах XX столетия в Африке и Северной Америке участились катастрофические засухи, кото­рые связывают с глобальным потеплением.

На примере загрязнения атмосферы видно, что даже сла­бые воздействия могут приводить к крупным неблагоприятным ипоследствиям для природных систем.

Загрязнение природных вод.Человечество практически полнос­тью зависит от поверхностных вод суши — рек и озер. Эта ничтож­ная часть водных ресурсов (0,016%) подвергается наиболее интен­сивному воздействию. Вода рек и озер покрывает потребности че­ловечества в питьевой воде, используется на орошении в сельском хозяйстве, в промышленности, служит для охлаждения атомных и тепловых электростанций. На все виды водопользования тратится 2200 км³ воды в год. Потребление воды постоянно растет, и одна из опасностей — исчерпание ее запасов. К примеру, забор воды на орошение из рек Средней Азии привел к обмелению Аральского моря, которое практически перестало существовать. Со дна вы­сохшего моря соль разносится ветром на сотни километров, вы­зывая засоление почв. Не менее грозное явление — загрязнение пресных водоемов. В 1991 году в Российской Федерации со сточ­ными водами было сброшено в водоемы (в тыс. тонн): 1200 взве­шенных веществ, 190 аммонийного азота, 58 фосфора, 50 железа, 30 нефтепродуктов, 11 СПАВ, 2,1 цинка, 0,8 меди, 0,3 фенолов и т. д. Соли тяжелых металлов (ртути, свинца, цинка, меди и др.) накап­ливаются в иле на дне водоемов и в тканях организмов, составля­ющих пищевые цепи. При попадании в организм человека соли тя­желых металлов вызывают тяжелейшие отравления. Уникальным по запасам пресной воды является озеро Байкал. Это 1/5. мировых запасов пресной воды (исключая льды) и более ⁴/₅ запасов России. При объеме 23 тыс. км³ в озере ежегодно вос­производится около 60 км³ чистейшей пресной воды. Неповтори­мое качество обеспечивается жизнедеятельностью уникального, тонко настроенного биоценоза Байкала, которое содержит в сво­ем составе самое большое в мире количество эндемических форм организмов. Однако тревогу вызывает все возрастающее количе­ство хозяйственных стоков.

В 1990 году объем хозяйственных стоков, поступающих в Бай­кал, достиг 200 млн. м³. Нередко стоки несут губительные для гидробионтов вещества такие, как ртуть, цинк, вольфрам, молибден.

Загрязнение водоемов происходит не только отходами про­мышленного производства, но и попаданием с полей в водоемы органики, минеральных удобрений, пестицидов, применяемых в сельском хозяйстве.При разложении органики затрачивается кислород, в связи с этим его содержание в воде снижается, и многие животные гибнут. Ми­неральные удобрения вызывают бурное развитие водорослей, при­водящее зачастую к ухудшению качества воды и исчезновению наи­более ценных видов рыб. Многие пестициды обладают высокой ус­тойчивостью и накапливаются в тканях организмов. При этом в организмах каждого следующего трофического уровня их содер­жание повышается в несколько раз, а иногда в десятки раз.

Научные открытия и развитие физико-химических технологий в XX столетии привели к появлению искусственных источников радиации, представляющих потенциальную опасность для человечества и всей биосферы. Так, по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину (1994), много­летняя деятельность ПО «Маяк» (Челябинская область) привела к на­коплению чрезвычайно больших количеств радионуклидов и заг­рязнений Уральского региона (районов Челябинской, Свердловской, Курганской и Тюменской областей). Сброс отходов радиохимическо­го производства в 1949-1951 гг. в открытую гидрологическую сис­тему Обского бассейна через реку Теча, а также в результате аварий 1957 и 1967 гг. в окружающую среду было выброшено 23 млн. кюри. Радиационное загрязнение охватило территорию 25 тыс. км² с населе­нием более 500 тыс. человек (рис. ).

Морские воды также подвергаются загрязнению. С реками и со стоками прибрежных промышленных и сельскохозяйствен­ных предприятий ежегодно выносятся в моря миллионы тонн химических отходов, а с коммунальными стоками и органических соединений. Из-за аварий танкеров и нефтедобывающих установок в океан попадает по разным источникам не менее 5 млн. тонн нефти в год, вызывая гибель многих водных животных, морских птиц. Опасения вызывают захоронения ядерных отходов на дне морей, зато­нувшие корабли с ядерными реакторами и ядерным оружием на борту. Наиболее значительные скопления таких источников нахо­дятся в Баренцовом, Карском и Японском морях. Более 20 лет во­енными использовались акватории вблизи Новой Земли и Кольс­кого полуострова в качестве ядерной свалки.

Производство энергии.Потребность в энергии является одной из основных жизненных потребностей человека. Энергия нужна как для нормальной деятельности современного человеческого об­щества, так и для простого физического существования каждого человека. В конце XX столетия электроэнергию главным образом получают на гидроэлектростанциях, тепловых и атомных станци­ях. С получением энергии на теплоэлектроэнергетических пред­приятиях связаны сложные экологические проблемы. Например, многие десятилетия считали, что гидроэлектростанции являются экологически чистыми предприятиями, не наносящими вреда при­роде. В России построили крупнейшие ГЭС на основных, великих реках. Этим строительством, как теперь стало ясно, нанесен боль­шой урон не только природе, но и человеку.

Во-первых, строи­тельство плотин на равнинных реках вызывает затопление боль­ших территорий под водохранилища, что связано с переселением людей и потерей пахотных земель, лугов и пастбищ.

Во-вторых, плотина, перегораживая реку, создает непреодо­лимые препятствия для миграции проходных и полупроходных рыб, которые поднимаются на нерест в верховья рек.

В-третьих, в хранилищах вода застаивается, проточность ее замедляется. Это сказывается на жизни всех организмов, обита­ющих в реке и у реки.

В-четвертых, местное повышение воды оказывает влияние на грунтовые воды, приводит к подтоплению, заболачиванию, а также к эрозии берегов и оползням.

В-пятых крупные высотные плотины на горных реках пред­ставляют собой источники опасности, особенно в районах с вы­сокой сейсмичностью. Известны в мировой практике несколько случаев, когда прорыв таких плотин приводил к большим разру­шениям и гибели сотен и тысяч людей.

Опаснейшими загрязнителями природной среды являются ТЭЦi, на которых сжигаются огромные объемы топлива. Миллионы ку­бометров вредных и опасных отходов от работы тепловых элект­ростанций практически целиком поступают в природную среду.

Долгие годы считалось, что атомные электростанции (AЭС) явля­ются более чистыми, чем ГЭС, ГРЭС, ТЭЦ. Однако они таят в себе потенциальную опасность в случае серьезных аварии реактоpa. Так, взрывы, пожар и извержение продуктов деления при аварии в 1986 году на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС стали катас­трофой глобального масштаба.. Было выброшено из разрушенного ре­актора около 7,5 тонны ядерного топлива и продуктов деления с сум­марной активностью не менее 50 млн. кюри. Чернобыльским выбро­сом в разной степени загрязнены 80 % территории Белоруссии, северная часть Правобережной Украины, 17 областей Российской Федерации.

Таким образом, энергетика ставит сложнейшие экологические проблемы.

Сведение лесов— одна из важнейших глобальных экологи­ческих проблем современности. В функционировании природных экосистем роль лесных сообществ огромна. Лес поглощает ат­мосферное загрязнение антропогенного происхождения, защища­ет почву от эрозии, регулирует сток поверхностных вод, препят­ствует снижению уровня грунтовых вод и т. д.

Уменьшение площади лесов вызывает нарушение круговоротов кислорода и углерода в биосфере. Хотя катастрофические послед­ствия сведения лесов широко известны, их уничтожение продолжает­ся. Леса на нашей планете занимают площадь около 42 млн. км², но их площадь ежегодно уменьшается на 2%. Несмотря на то, что Россия имеет самую большую в мире площадь лесов (на каждого жителя приходится около 5 га лесных угодий), используется это богатство не эффективно. По мнению академика М. Я. Лемешева, массовые эк­стенсивные лесозаготовки, базирующиеся на сплошных вырубках, к концу XX столетия охватили по существу весь гослесофонд страны. Эти рубки зачастую подрывают основы лесного воспроизводства, особенно в европейской части России и на Урале.

Сведение лесов влечет за собой гибель их богатейших фауны и фло­ры. Человек должен помнить, что его существование на планете нераз­рывно связано с жизнью и благополучием лесных экосистем.

Истощение и загрязнение почвы.Почвы являются еще од­ним ресурсом, который подвергается чрезмерной эксплуатации и заг­рязняется. Несовершенство сельскохозяйственного производства— основная причина сокращения площади плодородных почв. Плодо­родный слой почвы при неправильной распашке часто смывается вы­падающими осадками (водная эрозия), или развеивается ветром (вет­ровая эрозия), происходит образование оврагов.

Распашка обширных степных площадей в России и других странах стала причиной пыльных бурь и гибели миллионов гек­таров плодороднейших земель.

Эрозия почвы в XX столетии стала всемирным злом. Под­считано, что в результате водной и ветровой эрозий в этот пери­од на планете потеряно 2 млрд. га плодородных земель активного сельскохозяйственного использования.

Избыточное орошение, в первую очередь в условиях жаркого климата, может вызывать засоление почв. Это также одна из ос­новных причин выпадения пахотных земель из сельскохозяйствен­ного оборота.

Радиоактивное загрязнение почвы несет большую опасность. Радиоактивные вещества из почв попадают в растения, затем в организмы животных и человека, накапливаются в них, вы­зывая различные заболевания. Долгоживущие радиоактивные эле­менты сохраняются в экосистемах сотни лет.

Особую опасность представляют химические средства защиты, особенно органичес­кие соединения, применяемые в сельском хозяйстве в борьбе с вредителями, болезнями и сорняками. Неумелое и бесконтроль­ное использование пестицидов приводит к их накоплению в почве, воде, донных отложениях водоемов. Важно помнить, что они включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в животных, а в конечном итоге попадают с пищей в организм человека.

Сокращение природного разнообразия.Чрезвычайная эксплуа­тация, загрязнение, а зачастую и просто варварское уничтожение при­родных сообществ приводят к резкому снижению разнообразия живо­го. Вымирание животных, свидетелями которого мы являемся, может стать крупнейшим в истории нашей планеты. С лица Земли за после­дние 300 лет исчезло больше видов птиц и млекопитающих, чем за предшествующие 10000 лет. Вымирание крупных животных драма­тично, и они, естественно, подлежат охране. Следует помнить, что глав­ный ущерб разнообразию состоит не в их гибели из-за прямого пре­следования и уничтожения, а в том, что в связи с освоением новых площадей для сельскохозяйственного производства, развитием промышленности и загрязнением среды площади многих природных эко­систем оказываются нарушенными. Это так называемое «косвенное воздействие» приводит к вымиранию десятков и сотен видов живот­ных и растений, многие из которых не были известны и никогда не бу­дут описаны наукой. Значительно ускорился процесс вымирания, на­пример, животных, в связи с уничтожением тропических лесов. За пос­ледние 200 лет их площадь сократилась почти вдвое и продолжает сокращаться со скоростью 15—20 гектаров в минуту. Практически полностью исчезли степи в Евразии и прерии в США. Сообщества тун­дры также интенсивно разрушаются. Во многих районах находятся под угрозой коралловые рифы и другие морские сообщества.

В нарушенных, обеденных из-за воздействия человека сообще­ствах в наше время уже возникают новые виды с непредсказуемы­ми свойствами. Следует ожидать, что этот процесс будет лавинооб­разно нарастать. При внедрении этих видов в «старые» сообщества может произойти их разрушение и наступить экологический кризис.